BRPI0903839B1

BRPI0903839B1 - Filme de óxido de nióbio inibidor de corrosão de superfícies metálicas substituto a cromação

Info

Publication number: BRPI0903839B1
Application number: BRPI0903839-6A
Authority: BR
Inventors: Paulo Rogério Pinto Rodrigues; Everson Do Prado Banczek; Tiago Sawczen
Original assignee: Universidade Estadual Do Centro Oeste -(Unicentro)
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2019-05-28
Also published as: BRPI0903839A8; BRPI0903839A2

Abstract

filme de õxido de niõbio inibidor de corrosão de superfícies metálicas substituto a cromação o processo para obtenção de um revestimento constituído de óxidos ou compostos de nióbio, por meio de imersão, pulverização (spray), dip coating, 5pm coating de peças metálicas em um sol-gel contendo um ácido orgânico bifuncional como o ácido cítrico, um álcool bifuncional como o etilenoglicol, um complexo deniábio especificamente oxalato de nióbio e amônio, pentóxido de nióbio, cloreto de nióbio nbcl5, alcóxido de nióbio. antes do processo de pintura de materiais metálicos, normalmente são aplicados processos de tratamentos de superfície, particularmente conhecidos como tratamentos de conversão. estes tratamentos têm a finalidade de retardar a degradação do sistema su bstrato metálico/revestimento, principalmente em ambientes agressivos. entre os revestimentos de conversão mais efetivos e vastamente utilizados encontra-se a cromatização e a fosfatização. lntretanto, a elevada toxicidade dos descartes destes processos, que consistem basicamente de compostos de cromo, níquel, ferro, fósforo e manganês, e a necessidade de tratar estes rejeitos, têm incentivado a indústria a buscar processos alternativos à cromatização e a fosfatização, que apresentem menor toxicidade e sejam efetivos para a proteção contra a corrosão.

Description

FILME DE ÓXIDO DE NIÓBIO INIBIDOR DE CORROSÃO DE SUPERFÍCIES METÁLICAS SUBSTITUTO A CROMAÇÃO [001] A presente invenção relata o processo para obtenção de um revestimento constituído de óxidos ou compostos de nióbio, por meio de imersão, pulverização (spray), dip coating, spin coating de peças metálicas em um sol-gel contendo: um ácido orgânico bifuncional como o ácido cítrico, um álcool bifuncional como o etilenoglicol, um complexo de nióbio especificamente oxalato de nióbio e amônio. Antes do processo de pintura de materiais metálicos, normalmente estes são submetidos a processos de tratamentos de superfície, particularmente conhecidos como tratamentos de conversão. Estes tratamentos têm a finalidade de retardar a degradação do sistema substrato metálico/revestimento, principalmente em ambientes agressivos. Entre os revestimentos de conversão mais efetivos e vastamente utilizados para metais e ligas metálicas encontra-se a cromatização e a fosfatização. Entretanto, a elevada toxicidade dos descartes destes processos, que consistem de compostos de cromo, níquel, ferro, fósforo e manganês, têm incentivado a indústria a buscar processos alternativos à cromatização e a fosfatização, que apresentem menor toxicidade e sejam efetivos para a proteção contra a corrosão.

[002] Para o caso específico do alumínio e suas ligas, o revestimento mais efetivo é o de cromato. Nesse processo, uma solução contendo íons cromato é colocada em contato com a superfície da liga de alumínio, sendo formada uma camada de oxi/hidróxido de cromo (3+), que leva a formação de uma camada com propriedades anticorrosivas altamente eficiente.

[003] Revestimentos de cromato tem sido produzidos sobre vários metais por tratamento químico ou eletroquimico com misturas de cromo no estado de oxidação (3+) e (6+). O uso dos cromatos foi bastante difundido devido ao seu baixo custo, facilidade de aplicação e de controle, além da grande eficiência na proteção contra a corrosão. Por outro lado, a cromatização apresenta um sério problema que está relacionado com seu caráter altamente tóxico e poluente. Cromatos podem ocasionar lesões graves nas áreas expostas do corpo humano,

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2/5 afetando principalmente a pele e as vias respiratórias. Compostos de cromo (6+), em contato com a pele ocasionam dermatites, podendo ocorrer também casos de alergia. Nas vias respiratórias, com a exposição contínua, podem causar problemas no septo nasal.

[004] As características inerentes às camadas de cromato, obtidas a partir de cromo hexavalente, fazem com que esse tipo de revestimento continue sendo utilizado, ainda que soluções à base de cromo (6+), apresentem toxicidade elevada. No entanto, a substituição desse processo é uma realidade mundial. Em conjunto, a proteção contra a corrosão de componentes metálicos é de grande importância econômica. Ao mesmo tempo, a qualidade requerida para proteção contra a corrosão está se tornando cada vez mais rigorosa. Um exemplo disto é que os modelos mais novos de automóveis estão com garantia de até 12 anos contra perfuração por corrosão PI0415542-4A. Neste contexto, os potenciais substitutos do cromo hexavalente devem apresentar no mínimo à mesma característica de proteção contra a corrosão que os revestimentos de cromato, e apresentar principalmente a compatibilidade ambiental.

[005] Muitos trabalhos têm sido desenvolvidos com o intuito de obter um tratamento de superfície que apresente as mesmas qualidades que o de cromo hexavalente para o alumínio e suas ligas. Entre os substitutos podemos citar: camadas de fosfatização, filmes sol-gel, revestimentos de conversão de cério, moléculas auto-organizáveis, camada de cromo (3+) e polímeros solúveis em solução aquosa ácida. O uso de polímeros em conjunto com íons metálicos, tem tomado cada vez mais importância, pois muitos trabalhos têm sido patenteados PI8402197, PI 0515626-2 A, Pl0516683-7 A, Pl0605834-5 A. Entretanto, apesar da promissora aplicação, o emprego destes processos gera certa desconfiança com relação à efetiva proteção contra a corrosão e seu efeito ambiental.

[006] Os revestimentos de cromato promovem uma eficiente barreira aos agentes agressivos devido as suas propriedades e, além disso, durante uma eventual falha do revestimento o cromato tem um efeito de “auto cura”, ou seja, o cromo presente na camada de cromato regenera a passividade, recompondo o revestimento pela

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3/5 passagem de cromo (3+) para cromo (6+). Tal efeito não é observado nos revestimentos poliméricos, nos quais, quando há o rompimento do filme protetor o metal logo abaixo fica exposto e suscetível à corrosão sem que haja a remontagem do filme.

[007] Juntamente com a cromatização a fosfatização pode ser considerada como um dos processos de tratamento de superfícies mais utilizados. A fosfatização permite o revestimento da superfície metálica com uma camada de sais insolúveis de fosfato, na maioria das vezes fosfato de zinco, com a finalidade de proteção contra a corrosão, preparação para a pintura, separação elétrica e decoração.

[008] Os banhos de fosfatização podem ser à base de zinco, manganês, fosfato tricatiônico, fosfato orgânico ou, ainda uma combinação destes, sendo que o tipo de banho utilizado é dependente da aplicação que será dada ao material fosfatizado.

[009] No início, as camadas de fosfato eram obtidas em condições muito onerosas com relação ao consumo de energia, mas o estudo detalhado das reações envolvidas no processo de fosfatização permitiu a diminuição do tempo de imersão, e a obtenção de revestimentos em temperaturas menores, próximas da ambiente. A adequação do processo aconteceu devido à alteração das condições de operação para obtenção dos revestimentos e, a principal modificação dos banhos de fosfatização foi a alteração da composição dos banhos. Alguns aditivos são empregados para acelerar o processo e obter as melhores propriedades dos revestimentos.

[010] A utilização de aditivos causa um problema devido à geração e descarte de resíduos que são inerentes ao processo de fosfatização. Entre os aditivos citados, o que proporciona maiores problemas é o níquel, pois seu uso torna o controle dos resíduos gerados problemático, visto que este elemento é agressivo ao meio ambiente. Devido aos problemas ambientais gerados, a possibilidade de substituição dos processos de fosfatização por outros tratamentos de superfície, deve ser estudada. O emprego de pré-tratamentos menos agressivos ao meio ambiente pode se tornar uma inovação tecnológica de grande importância para a

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4/5 indústria de tratamento de superfícies metálicas. Entre os substitutos para a fosfatização pode ser citado o uso de nanocerâmicas constituídas de fluorzircônio que produz uma camada nanocerâmica nos metais tratados. Entretanto, estes processos não apresentam resistência à corrosão compatível com as camadas de fosfato.

[011] Neste contexto, um estudo deve ser realizado no sentido de desenvolver um processo de proteção contra a corrosão, para materiais metálicos, que substitua os processos de tratamento de superfícies metálicas tradicionais, mas que apresente as mesmas ou melhores propriedades, e que, além disso, seja compatível ambientalmente.

[012] Entre os potenciais substitutos pode-se citar o pentóxido de nióbio. Os óxidos deste elemento apresentam grande estabilidade química e, que em especial, apresentam características apreciáveis como revestimentos anticorrosivo. Entretanto, existem poucos trabalhos relacionados ao uso deste compostos para proteção contra a corrosão, podendo ser citadas as patentes PI0301126-7, PI0203534-0, Pl0102414-0 e PI8606478-9. Nestas patentes, revestimentos de nióbio, obtidos por meio da técnica de aspersão térmica são usados para à proteção anticorrosiva em ambientes agressivos, principalmente em altas temperaturas. Não há relatos do uso de compostos de nióbio como revestimento para substituição de pré-tratamentos como a cromatização e a fosfatização. Além disso, o Brasil possui as maiores reservas destes elemento e novas aplicações devem ser desenvolvidas.

[013] A presente invenção foi avaliada quanto à sua eficiência, por ensaios laboratoriais como: espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) e curvas de polarização anódica (PA). Para melhor compreensão da presente invenção faz-se a seguir uma descrição detalhada referendando figuras, gráficos e análises realizadas. FIGURA 1: Diagramas (A) Nyquist e (B) Bode para o alumínio 3003 revestido com cromo (6+).

[014] FIGURA 2: Diagramas (A) Nyquist e (B) Bode para o alumínio 3003 revestido com Nb205.

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5/5 [015] FIGURA 3: Diagramas (A) Nyquist e (B) Bode para o alumínio 3003 revestido com cromo (6+) e Nb205.

[016] FIGURA 4: Curvas de polarização anódica para o alumínio 3003 revestido com cromo (6+) e Nb205.

[017] De acordo com os diagramas de Nyquist apresentados nas Figuras 1, 2 e 3 observa-se que o revestimento de óxido de nióbio apresenta comportamento eletroquímico semelhante ao revestimento de cromo, sugerindo que o primeiro pode substituir o segundo como pré-tratamento de superfície, com vantagens ambientais para a camada de nióbio.

[018] As curvas de polarização potenciodinâmicas anódicas apresentadas na Figura 4 indicam que alumínio 3003 revestido, tanto com cromato quanto com óxido de 5/5 nióbio, apresentou comportamento passivo. Os valores de densidade de corrente medidos para os dois sistemas foram muito semelhantes, mas menores que os verificados para o alumínio não revestido. Os resultados de polarização anódica estão de acordo com aqueles obtidos através dos ensaios de impedância eletroquímica e indicam que o tratamento baseado em óxido de nióbio pode substituir o revestimento de cromo, sem perda das propriedades de corrosão, mas com vantagens ambientais.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para obtenção de um revestimento caracterizado pela adsorção de óxidos ou compostos de nióbio, por meio de imersão, pulverização, dip coating, spin coating de peças metálicas em um sol-gel contendo: 0,0001 a 20 mols de um ácido orgânico bifuncional como o ácido cítrico; 0,0001 a 20 mols de um álcool bifuncional como o etilenoglicol, 0,0001 a 20 mols de um complexo de nióbio especificamente oxalato de nióbio e amônio, 0,0001 a 20 mols de pentóxido de nióbio e 0,0001 a 20 mols de cloreto de nióbio NbCI5, 0,0001 a 20 mols de alcóxido de nióbio.
2. Processo para obtenção de um revestimento de óxidos ou compostos de nióbio através da imersão, pulverização, dip coating, spin coating dos metais ou ligas metálicas de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pela aplicação do solgel em superficies de Ferro, Zinco, Alumínio, Magnésio, Cobre, Aço carbono e Aço inoxidável.
3. Processo para obtenção de um revestimento de óxidos ou compostos de nióbio por meio de imersão, pulverização, dip coating, spin coating de peças metálicas no sol-gel de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pela aplicação do sol-gel em substituição do revestimento de conversão constituído de sais de fosfato utilizado como pré-tratamento para os metais citados na Reivindicação 2.
4. Processo para obtenção de um revestimento de óxidos ou compostos de nióbio por meio de imersão, pulverização, dip coating, spin coating de peças metálicas no sol-gel de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pela aplicação do sol-gel em substituição do revestimento de conversão constituído por compostos de cromo utilizado como pré-tratamento para alumínio e suas ligas.
5. Processo para obtenção de um revestimento de óxidos ou compostos de nióbio através da imersão, pulverização, dip coating, spin coating dos metais ou ligas metálicas de acordo com a Reivindicação 2, caracterizado pela aplicação do solgel em substituição dos pré-tratamentos de fosfato e cromo.